DE2611191A1 - Verfahren und vorrichtung zur umwandlung eines schwefelhaltigen kohlenstoffhaltigen materials in ein im wesentlichen schwefelfreies verbrennbares gas - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur umwandlung eines schwefelhaltigen kohlenstoffhaltigen materials in ein im wesentlichen schwefelfreies verbrennbares gasInfo
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Description
Dr. Hans-Heinrich Willrath l-k Wiesbaden ι 15. März 1976
Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert
Dr. Dieter Weber c!,* ii/wh
BLp.925
PATENTANWÄLTE Telex: 4^86247
Stora Kopparbergs Bergslags Aktiebolag, F alun, S chweden
Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung eines schwefelhaltigen kohlenstoffhaltigen
Materials in ein im wesentlichen schwefelfreies verbrennbares Gas
Priorität; Schwedische Patentanmeldung Nr. 75-03313-4 vom 21. März 1975
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger Materialien, die gebundenen Kohlenstoff
und Schwefel enthalten, in ein im wesentlichen schwefelfreies verbrennbares Gas durch Vergasung und Teilverbrennung
bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhtem Druck. Unter kohlenstoffhaltigen Materialien werden feste und flüssige
kohlenstoffhaltige Materialien verstanden, die bei der Py-
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rolyse einen kohlenstoffhaltigen Rückstand hinterlassen, der sogenannten gebundenen oder fixierten Kohlenstoff und außerdem
flüchtige Bestandteile, Schwefel, gegebenenfalls Aschen und Feuchtigkeit enthält, unter festen kohlenstoffhaltigen Materialien
werden beispielsweise fein verteilter Koks, Anthrazit, Schwarzkohle und Braunkohle oder Gemische zweier oder mehrerer
dieser Materialien verstanden. Unter flüssigen kohlenstoffhaltigen Materialien werden Kohlenwasserstoffe verstanden, die bei
gangbaren Temperaturen flüssig sind und bezüglich Schwefel nicht gereinigt sind, wie Brennöle, Teeröle und getoppte Rohöle.
In dem Verfahren nach der Erfindung wird das kohlenstoffhaltige Material nach Zerkleinerung von gegebenenfalls festen kohlenstoffhaltigen
Materialien zu einer Korngröße von weniger als 3 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm, mit Wasserdampf in einer
ersten zirkulierenden Wirbelschicht, die in einer vertikal ausgerichteten länglichen Reaktionszone gehalten wird, vergast..
Die Bedingungen der vorliegenden zirkulierender Wirbelschichten sind beispielsweise in Chemical Engineering Progress,
Band 67, Nr. 2, 1971, Seiten 58 bis 63 von L. Reh in dem Aufsatz Fluidized Bed Processing beschrieben. Die Schicht wird
aufrechterhalten, indem man der Reaktionszone kontrollierte Ströme kohlenwasserstoffhaltxger Materialien, feinteiliger fester
CaO-haltiger Materialien (wie beispielsweise Kalkstein, Dolomit, gebrannten Kalkstein oder gebrannten Dolomit) sowie
Wasserdampf für die Fluidisierung und als sauerstoffhaltiges Medium zuführt. Das in solchen Mengen zugeführte kohlenstoffhaltige
Material, daß die Wirbelschicht immer festen Kohlenstoff enthält, unabhängig davon, ob dieser als solcher zuge-
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führt oder in der Pyrolyse flüssiger Materialien gebildet wird, entwickelt durch Pyrolyse und Umsetzung mit dem Wasserdampf
ein brennbares Gasgemisch, das CO + H2 enthält. Gleichzeitig
findet eine Schwefelreinigung im Hinblick auf die Tatsache statt, daß aus dem Brennstoff freigesetzter Schwefel durch das
CaO-haltige Material gebunden wird. Die Reaktionszone verläßt ein Gemisch von Gas und festen Wirbelschichtmaterialien, und
dieses Gemisch wird in Gase und feste Materialien getrennt. Ein Teilstrom der getrennten festen Materialien wird von Aschen
und Schwefel befreit und zu der oben erwähnten Wirbelschicht zurückgeführt. Dies bedeutet, daß der Gehalt an Aschen und CaS
in den festen Materialien auf einem geeigneten Wert gehalten wird.
Der Rest der festen Materialien wird zu einer zweiten zirkulierenden
Wirbelschicht überführt, wo er durch Teilverbrennung mit einem kontrollierten Strom eines molekularen Sauerstoff
enthaltenden Gases auf eine Übertemperatur erhitzt wird, die durch Einstellung des Sauerstoffgehaltes des Gases ihrerseits
eingestellt wird. Nach Abtrennung von dem Gas werden die die zweite zirkulierende Wirbelschicht verlassenden festen Materialien
zu der ersten Wirbelschicht zurückgeführt. Die Übertemperatur der festen Materialien wird so eingestellt, daß der Wärmebedarf
der ersten Wirbelschicht gedeckt wird. Die beiden Wirbelschichten arbeiten somit in einer Art Kreuzverbindung
zusammen, in der die erste Wirbelschicht ein stickstofffreies verbrennbares Gas entwickelt, während die zweite Wirbelschicht
stickstoffhaltiges verbrennbares Gas und Wärme entwickelt. Diese Wärme wird zu einem großen Teil zu der ersten Wirbelschicht
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mit den festen Materialien überführt. Dies ist möglich aufgrund der großen Zirkulation fester Materialien in der zirkulierenden
Wirbelschicht.
Während der Teilverbrennung in der zweiten zirkulierenden Wirbelschicht,
die auch in einer vertikal ausgerichteten länglichen Reaktionszone gehalten wird, ist es zweckmäßig, das gegebenenfalls
erhitzte, molekularen Sauerstoff enthaltende Gas, wie beispielsweise Luft, in eine Reihe kleiner Teilströme zu
unterteilen und so in den unteren Teil der Reaktionszone, jedoch
nicht durch den Boden, einzuführen. Um eine Fluidisierung am Boden der Zone aufrechtzuerhalten, wird ein nicht oxidierendes
Gas, wie beispielsweise Rauchgase und/oder Wasserdampf, durch den Boden eingeführt. In der auf diese Weise fluidisierten
bzw. aufgewirbelten Schicht wird das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas in mehrere Teilströme derart unterteilt zugeführt,
daß es schnell mit dem vorbeiströmenden Gemisch von Gas
und Feststoffmaterialien vermischt wird, wobei eine Überhitzung
während der Teilverbrennung mit dem Sauerstoff des Gases begrenzt und kontrolliert wird. Um Ablagerungen auf den Wänden des
Reaktionskessels zu verhindern, muß eine lokale überhitzung nahe den Wänden vermieden werden, was zweckmäßigerweise derart
erfolgt, daß man die Strahlen des molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases von den Wänden weg richtet. Zweckmäßig sollte
der Winkel zwischen dem Strahl und der Wand wenigstens 10° sein. Außerdem dürfen die Strahlen nicht so kraftvoll sein, daß sie
bis zu der gegenüberliegenden Wand vordringen und bis in die Nähe zu dieser gelangen, was man durch Auswahl einer ausreichend
großen Zahl kleiner Teilströme erreicht. Diese Ströme wer-
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den zweckmäßig vertikal und am Umfang über die Reaktionszone
verteilt. Um das erwünschte Wärmegleichgewicht zu bekommen, erhält man eine ausreichende Übertemperatur in der zweiten Wirbelschicht
nach der Erfindung durch Einstellung des Sauerstoffgehaltes des zugeführten molekularen Sauerstoff enthaltenden
Gases. Diese Einstellung erfolgt am besten durch Verdünnung des Gases mit Inertgasen, Rauchgasen und/oder Wasserdampf.
Das heiße gereinigte Gas aus der ersten Wirbelschicht besteht im wesentlichen aus CO + H2 , doch enthält es auch kleine Prozentsätze
an CO2 und H2O und ist frei von Stickstoff und im wesentlichen
frei von Schwefel im Hinblick auf die Tatsache, daß mit dem kohlenstoffhaltigen Material zugeführter Schwefel durch
in der Zone vorhandenes CaO unter Bildung von CaS gebunden wurde, Nach dem Kühlen unter Rückgewinnung des Wärmeinhaltes, beispielsweise
durch Entwicklung des Wasserdampfes für die Vergasung, Kondensation von Wasserdampf und Absorption von COp, erhält
man ein Gas mit hohem Wert, das vorteilhafterweise als Synthesegas und/oder nach der Methanisierung als synthetisches
Naturgas verwendet werden kann.
Das heiße gereinigte Gas aus der zweiten Wirbelschicht enthält
N2, CO, CO2, H9 und H2O, und sein Energieinhalt wird gemäß der
Erfindung für die Erzeugung von Elektrizität in einer thermischen Stromstation ausgenutzt. Aus Gründen der Wärmeausnutzung
ist es jedoch zweckmäßig, zunächst einen Teil des physikalischen Wärmeinhaltes des Gases auszunutzen, indem man das Gas
in Berührung mit CaCO^/CaO-haltigen Materialien in einer Venturischicht
mit nach der Schicht angeordneten Trenneinrichtungen bringt. Dies führt zu einem Erhitzen der CaCO /CaO-haltigen Ma-
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terialien, und ihr CaCO -Gehalt wird zu CaO zersetzt, welches mit restlichem EUS in dem Gas reagiert und dabei CaS bildet.
Bei eingestelltem (siehe unten) Fluß von CaCOo/CaO-haltigem
Material sind die die Venturischicht verlassenden Gase im wesentlichen
frei von Schwefel, so daß die oben erwähnte thermische Stromstation umweltfreundlich ist. Die CaO/CaS-haltigen
Materialien, die in einem Zyklon oder Zyklonen nach der Venturischicht
abgetrennt wurden, werden nach der Erfindung der ersten Wirbelschicht zugeführt. In dieser Wirbelschicht, wo stark reduzierende
Bedingungen herrschen, binden die Materialien weitere Schwefelmengen, die aus der Einspeisung an kohlenstoffhaltigen
Materialien stammen. Der Calciumgehalt der Schichtmaterialien wird aufrechterhalten, zweckmäßig in der nachfolgend aufgezeigten
Weise, wie auf einem solchen Wert, daß der CaO-Gehalt der CaO/CaS-haltigen Komponente in den Schichtmaterialien, die
den oberen Teil der ersten Wirbelschicht verlassen, höher als deren CaS-Gehalt ist.
Um eine Ansammlung der CaO/CaS-haltigen Komponente und von Aschen, die nach der Vergasung der kohlenstoffhaltigen Materialien
verbleiben, in dem System zu verhindern, umfaßt die Erfindung ein Kühlen eines eingestellten Teilstromes der festen Materialien,
die in der Trenneinrichtung nach der ersten Wirbelschicht abgetrennt wurden und Teilchen von Koks, Aschen und
CaO/CaS-haltigen Materialien enthalten, unter den Curiepunkt des Eisengehaltes der Aschen, wobei der Teilstrom dann einer magnetischen
Fraktionierung unterzogen wird. Das Kühlen erfolgt in solcher Weise, daß Wärme gewonnen wird, was gemäß der Erfindung
zweckmäßig so erfolgt, daß man als ein indirektes Kühlmedium
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das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas verwendet, bevor dieses in die zweite Wirbelschicht eingespeist wird. Das Gas
wird dabei vorerhitzt, was vom Standpunkt der Wärmeausnutzung vorteilhaft ist.
In der magnetischen Fraktionierung des Teilstromes der Materialien
aus der Trenneinrichtung nach der ersten Wirbelschicht erhält man eine magnetische Fraktion, die im wesentlichen aus
Aschen besteht, deren Eisengehalt teilweise reduziert ist und
2+
als Fe und/oder Fe vorliegt. Diese Fraktion wird auf Halde gebracht, wodurch die Ansammlung von Aschen in dem System vermieden wird. Der Gehalt an Aschen in den beiden Wirbelschichten wird mit Hilfe des Anteils des Materialflusses aus der ersten Wirbelschicht eingestellt bzw. kontrolliert, der zu der magnetischen Fraktionierung geführt wird. Um eine wirksame und ununterbrochene Betriebsweise zu erhalten, erwies es sich allgemein als zweckmäßig, den Gehalt an Aschen zu begrenzen, doch hängt der geeignete Wert von der Zusammensetzung der Aschen ab und muß von Fall zu Fall bestimmt werden.
als Fe und/oder Fe vorliegt. Diese Fraktion wird auf Halde gebracht, wodurch die Ansammlung von Aschen in dem System vermieden wird. Der Gehalt an Aschen in den beiden Wirbelschichten wird mit Hilfe des Anteils des Materialflusses aus der ersten Wirbelschicht eingestellt bzw. kontrolliert, der zu der magnetischen Fraktionierung geführt wird. Um eine wirksame und ununterbrochene Betriebsweise zu erhalten, erwies es sich allgemein als zweckmäßig, den Gehalt an Aschen zu begrenzen, doch hängt der geeignete Wert von der Zusammensetzung der Aschen ab und muß von Fall zu Fall bestimmt werden.
Die nichtmagnetische Fraktion besteht im wesentlichen aus Koks und CaO/CaS-haltiger Komponente. Um den Gehalt an Koks und Ca
der Fraktion zu gewinnen, wird nach der Erfindung in an sich bekannter Weise der CaO/CaS-Gehalt in elementaren Schwefel und
CaCCK umgewandelt. Der Schwefel wird gewonnen, während die CaCOo-haltige Komponente im Gemisch mit dem Koksgehalt der Fraktion
erneut in die erste Wirbelschicht eingeführt wird, nachdem das CaCO3 thermisch in der Venturischicht in der oben beschriebenen
Weise zu CaO zersetzt wurde. Um eine Ansammlung bestimmter Bestandteile, die in der nichtmagnetischen Fraktion in klei-
• 809841/0870
nen Mengen enthalten sind und nicht Ca enthalten, wie 33
und SiO„, in dem System zu vermeiden, ist es zweckmäßig, einen
kleineren Teil (weniger als 10 %) der Fraktion abzunehmen und auf Halde zu bringen. Als Ersatz hierfür wird als Abgleich
CaCO-."haltiges Material von außen zugeführt, wie beispielsweise
Kalkstein und/oder Dolomit.
Da im Prinzip Ca in dem System zirkuliert, wird der Ca-Gehalt
des Schichtmaterials aus der ersten Wirbelschicht auf etwa den erwünschten Wert eingestellt, indem man zu gegebener Zeit mehr
oder weniger Kalkstein und/oder Dolomit, als für den Abgleich erforderlich wäre, zu der Venturischicht schickt. Im folgenden
wird das Verfahren nach der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung weiter erläutert, die schematisch eine Apparatur zur
Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zeigt.
Die Apparatur besteht aus einer ersten zirkulierenden Wirbelschicht
1 und einer zweiten zirkulierenden Wirbelschicht 2, die in Schächten mit damit verbundenen Trenneinrichtungen 3, 4 für
feste Materialien und mit Rückführleitungen 5, 6 zur Überführung
der abgetrennten festen Materialien von der ersten zirkulierenden Wirbelschicht 1 zu der zweiten zirkulierenden Wirbelschicht
2 und der abgetrennten festen Materialien von der letzteren zu der ersten zirkulierenden Wirbelschicht 1 eingeschlossen
sind.
Feinteilige feste (7) und/oder flüssige (8) kohlenstoffhaltige
Materialien mit einem Schwefelgehalt, feinteilige CaO-haltige
Materialien 9 und Wasserdampf 10 als fluidisierendes Mittel und Sauerstoff tragendes Medium werden der ersten zirkulierenden
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Wirbelschicht 1 zugeführt. Vom oberen Teil der Wirbelschicht wird ein Gemisch von festen Materialien und Gasen, das in der
Trenneinrichtung 3 abgetrennt wird, ausgetragen. In der Wirbelschicht 1 wird die erwünschte Vergasungstemperatur, d.h. oberhalb
750° C, zweckmäßig 850 bis 1150° C, mit Hilfe der festen
Materialien aufrechterhalten, die von der zweiten Wirbelschicht 2 durch die Rückführleitung 6 zurückgeführt und auf eine eingestellte
Temperatur erhitzt werden.
In der zweiten zirkulierenden Wirbelschicht 2 werden die von der ersten Wirbelschicht über Leitung 5 überführten Materialien
fluidisiert oder aufgewirbelt, teilweise durch einen kleinen Wasserdampfstrom, der in den Boden durch Leitung 11 eingeführt
wird, und teilweise mit Hilfe eines Gemisches von vorerhitzter Luft und Wasserdampf, das durch eine Reihe horizontaler Düsen
12 eingeführt wird, welche sich in Abständen voneinander in verschiedenen Höhen in den unteren konischen Abschnitt des
Schachtes öffnen. Diese Aufteilung in Teilströme ist erforderlich, um eine zu hohe Wärmeentwicklung je Volumeneinheit in
diesem Teil zu vermeiden, was eine lokale Überhitzung ausschließt und die Bildung von störenden Agglomeraten verhindert.
Der molekulare Sauerstoff des zugeführten Gases ergibt eine Teilverbrennung des Kokses und entwickelt dabei im Vergleich
mit der Temperatur der ersten Wirbelschicht 1 eine Übertemperatur in den festen Materialien, die durch die Trenneinrichtung 4
und die Rückführleitung 6 zurückgeführt werden. Die Übertemperatur
wird auf einen Wert eingestellt, indem man den Sauerstoffgehalt des Gasgemisches einstellt.
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Ein Teilstrom 13 fester Materialien, die die erste Wirbelschicht
1 verlassen, wird in einer klassischen Wirbelschicht 14 mit eingebauten Kühlflächen 15 auf eine Tempratur unterhalb des
Curiepunktes von Eisen gekühlt, wonach er bei 16 magnetisch fraktioniert wird, wie beispielsweise gemäß der deutschen Patentanmeldung
P 25 01 474.8. Dies führt zu einer magnetischen Fraktion 17, die im wesentlichen aus Aschen aus zugeführten
festen kohlenstoffhaltigen Materialien besteht und deren Eisen-
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gehalt teilweise als Fe oder als Fe vorliegt. Die magnetische Fraktion 17 wird auf Halde gebracht und der Teilstrom 13 derart eingestellt, daß der Aschegehalt in beiden Wirbelschichten nicht die Vergasung oder Teilverbrennung darin stört. Die Eigenschaften der Aschen bestimmen diesen Teilstrom, und je niedriger die Erweichungstemperatur der Aschen ist, desto niedriger muß der Aschengehalt in den Zonen gehalten werden.
gehalt teilweise als Fe oder als Fe vorliegt. Die magnetische Fraktion 17 wird auf Halde gebracht und der Teilstrom 13 derart eingestellt, daß der Aschegehalt in beiden Wirbelschichten nicht die Vergasung oder Teilverbrennung darin stört. Die Eigenschaften der Aschen bestimmen diesen Teilstrom, und je niedriger die Erweichungstemperatur der Aschen ist, desto niedriger muß der Aschengehalt in den Zonen gehalten werden.
Die nichtmagnetische Fraktion 18, die in der magnetischen Fraktionierung
16 erhalten wurde, besteht im wesentlichen aus Koks und CaO/CaS-haltigen Materialien. Um den Gehalt der Fraktion
an Schwefel, Koks und Ca zu gewinnen, wird diese Fraktion, zweckmäßig in einer zirkulierenden Wirbelschicht,in an sich bekannter
Weise bei 19 in Berührung mit eingestellten Strömen von CO« und Wasserdampf, die bei 20 bzw. 21 zugeführt werden, bei
550 bis 750° C und mehr als 2 atü gebracht. Dies führt zur Entfernung des Hauptteiles des Schwefelgehaltes der Fraktion in
der Form von H~S (22), welches in bekannter Weise in elementaren Schwefel 23 umgewandelt wird, wie beispielsweise in einem
Claus-Verfahren 24.
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Der Schichtmaterialgehalt der entschwefelnden Schicht 19 wird
durch eingestellten bzw. kontrollierten Abzug konstant gehalten. Abgezogene Materialien bestehen im wesentlichen aus Koks und
CaCO3-haltigem Material, enthalten aber auch kleine Mengen an
inerten nichtmagnetischen Substanzen, wie Al2O3 und SiO3. Um
eine Ansammlung solcher Substanzen in dem System zu verhindern, wird ein kleiner Teil bei 25 (gewöhnlich weniger als 10 %) von
diesen Materialien aus der entschwefelnden Schicht abgenommen. Der Ca-Gehalt des größeren Teils 26 wird durch abgleichende Zugabe
von CaCO -haltigem Material von außen ergänzt, wie durch Kalkstein und/oder Dolomit, und zwar bei 27. Die Materialien
werden dann zu einer Venturischicht 2 8 geführt, worin sie in Kontakt mit den heißen Abgasen aus der Trenneinrichtung gebracht
werden. Dies führt zu einer thermischen Zersetzung des Hauptteils des CaCO_-Gehaltes in CaO, und das Material wird
durch das Gas zu den Trenneinrichtungen 29, 30 gebracht, wo Koks und CaO-haltige Materialien 9 abgetrennt werden. Dies führt
zur Absorption des Hauptteils von möglichem H~S in den Gasen aus der Trenneinrichtung 4 nach der zweiten Wirbelschicht in
der Form von CaS, und die die Trenneinrichtungen 29, 30 nach der Venturischicht 2 8 verlassenden Gase 31 sind im wesentlichen
frei von Schwefel.
Die festen Materialien aus den Trenneinrichtungen 29, 30 nach
der Venturischicht 28, die Koks und Ca-haltige Materialien enthalten,
wobei der größere Teil an Ca hiervon als CaO, jedoch .auch in kleinem Umfang als CaS und CaCO3 gebunden ist, werden
über 9 zu der ersten Wirbelschicht 1 geführt. In dieser Wirbelschicht, wo stark reduzierende Bedingungen herrschen, absorbiert
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der CaO-Gehalt H_S, das beim Erhitzen des Schwefelgehaltes
der kohlenstoffhaltigen Materialien gebildet wurde, welche letztere
bei 7 in die erste Wirbelschicht eingeführt wurden. Auf diese Weise sind die Gase 32 aus der Trenneinrichtung 3 im wesentlichen
frei von Schwefel.
Der Wärmeinhalt der Gase 32 aus der ersten Wirbelschicht wird für die Entwicklung von Wasserdampf bei 33 benutzt, und dieser
Wasserdampf wird teilweise über 34 als fluidisierendes Gas für die beiden Wirbelschichten verwendet und über Düsen 10, 11 an
den Böden derselben eingeführt, teilweise wird der Wasserdampf über 35 nach dem Vermischen mit Luft bei 36 und nach einem Vorerhitzen
in der Kühleinrichtung für die festen Materialien 13
aus der klassischen Wirbelschicht 14 ausgetragen und als molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas für die Teilverbrennung in
der zweiten Wirbelschicht verwendet. Die Gase werden dann in an sich bekannter Weise durch Waschen bei 37 und Absorption bei
38 von ihrem Gehalt an Wasserdampf und CO2 befreit. Die gereinigten
Gase 39 enthalten im wesentlichen H2 und CO, doch auch
Kohlenwasserstoffe, wie CH. un(^ C2Ha* Der Gehalt an Kohlenwasserstoffen
hängt von dem Anteil an flüchtigen Bestandteilen, der mit den kohlenstoffhaltigen Materialien zugeführt wurde,
der Verweilzeit für die flüchtigen Bestandteile in der ersten Wirbelschicht und der Vergasungstemperatur darin ab. So nimmt
der Gehalt an Kohlenwasserstoffen mit steigender Verweilzeit und steigender Temperatur ab.
Die Gase 39 haben einen hohen Heizwert und können vorteilhafterweise
als Brennstoff oder als Synthesegas nach gegebenenfalls
weiterer Reinigung verwendet werden. Nach einer Methanisierung
6098 41/087 0
in an sich bekannter Weise können sie auch vorteilhafterweise als synthetisches Naturgas verwendet werden. Ein Teilstrom 40
der gekühlten brennbaren Gase 39 wird teilweise zur Einspeisung gegebenenfalls fester kohlenstoffhaltiger Materialien bei 7 in
die erste Wirbelschicht und teilweise durch 41 als fluidisierendes
Gas für die klassische Wirbelschicht 14 verwendet. Gegebenenfalls kann auch ein Teil 42 dieses Teilstromes 40 im Gemisch
mit Wasserdampf als fluidisierendes Gas in der ersten Wirbelschicht verwendet werden. Die die klassische Wirbelschicht 14
verlassenden Gase werden mit den Gasen vermischt, die die Venturischicht
28 verlassen, um den Wärmeinhalt dieses Gases auszunutzen .
Die Gase 31 aus den Trenneinrichtungen 29, 30 nach der Venturischicht
2 8 sind brennbar und enthalten N2' H2' C0' C02 unc^ H2°*
Sie werden zweckmäßig in heißem Zustand für die Erzeugung von Elektrizität in einer thermischen Stromerζeugungsstation verwendet.
Da die Gase 31 im wesentlichen frei von Schwefel sind, ist eine solche Wärmestromerzeugungsstation umweltfreundlich.
Um einen niedrigen Schwefelgehalt in den Gasen 31 aufrechtzuerhalten,
wurde es nach der Erfindung als zweckmäßig gefunden, einen solch hohen CaO-Gehalt in der CaO/CaS-haltigen Komponente
der festen Materialien, die die Trenneinrichtung 13 nach der ersten Wirbelschicht durch 5 verlassen, zu halten, daß ihr CaO-Gehalt
größer als ihr CaS-Gehalt ist. Da der Hauptteil des Ca-Gehaltes des Systems in dem System zirkuliert, wird der CaO-Gehalt
der ersten Wirbelschicht auf etwa erwünschter Höhe eingestellt, indem man zu gegebener Zeit begrenzt mehr oder weniger
von dem Strom 27 von außen kommender CaCO-,-haltiger Materialien,
als für den Abgleich erforderlich wären, der Venturischicht 28 -... ,. 609841/0870
zufuhrt.
Claims (8)
1. Verfahren zur Umwandlung kohlenstoffhaltiger und schwefelhaltiger
Materialien in ein im wesentlichen schwefelfreies verbrennbares Gas durch Vergasung bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls
erhöhtem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man das kohlenstoffhaltige
Material nach Zerteilung von gegebenenfalls festen kohlenstoffhaltigen Materialien auf eine Korngröße von
weniger als 3 mm, vorzugsweise von weniger als 1 mm, in einer zirkulierenden Wirbelschicht, die in einer vertikal angeordneten länglichen Reaktionszone gehalten wird, vergast, indem man
dieser Zone eingestellte Ströme des kohlenstoffhaltigen Materials, von feinteiligem CaO-haltigem Material und von Wasserdampf
zuführt, feste Materialien von dem Strom aus Gasen und festen Materialien, der diese Reaktionszone verläßt, abtrennt, eine
eingestellte Fraktion des Stromes dieser festen Materialien einer Abtrennung von Aschen und einer Schwefelreinigung unterzieht
und dann den Strom zu der Reaktionszone zurückführt, den Rest der festen Materialien zu einer zweiten Wirbelschicht, die
auch in einer vertikal angeordneten länglichen Reaktionszone (2) gehalten wird, überführt, worin die festen Materialien
durch Teilverbrennung mit einem eingestellten Strom von molekularem Sauerstoff enthaltenden Gasen auf eine übertemperatur erhitzt,
die durch Einstellung des Sauerstoffgehaltes des Gases derart kontrolliert wird, daß die Materialien nach der Abtrennung
von den Reaktionsgasen und nach Rückführung zu der ersten Wirbelschicht den Wärmebedarf für die Vergasung darin decken.
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas der Reaktionszone der
zweiten Wirbelschicht in einer Reihe kleiner Teilströme zuführt, vorzugsweise in der Form von Strahlen, die von den Wänden weg
gerichtet sind, während nicht oxidierendes Gas durch den Boden der Reaktionszone eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Fraktion des Stromes an festen Materialien aus der ersten zirkulierenden Wirbelschicht derart einstellt, daß der Aschegehalt
der beiden Wirbelschichten keinen Wert erreicht, der die Vergasung durch die Teilverbrennung stören würde.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Zufuhr von feinteiligen CaO-haltigen Materialien zu der ersten
Wirbelschicht und die Fraktion des Stromes fester Materialien, die aus der ersten Wirbelschicht ausgetragen werden, in
der Weise einstellt/ daß der CaO-Gehalt dieser Materialien
höher als ihr CaS-Gehalt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Fraktion des Stromes fester Materialien, die aus der ersten Wirbelschicht ausgetragen werden, unter den Curiepunkt von Eisen
kühlt und magnetisch in eine magnetische Fraktion, die im wesentlichen Aschen enthält und aus dem Verfahren entfernt wird, sowie
eine nichtmagnetische Fraktion, die Koks, CaO und CaS enthält, trennt, die nichtmagnetische Fraktion in einer Wirbelschicht
unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mit Wasserdampf und CO2 behandelt und CaS in CaCO3 und H2S überführt und die CaCO3
enthaltenden Festmaterialien dann zu der ersten Wirbelschicht zurückführt.
• 609841/0870
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
man in an sich bekannter Weise gereinigte Abgase aus der ersten Wirbelschicht, gegebenenfalls nach Gewinnung eines Teils ihres
Wärmeinhaltes beispielsweise für Wasserdampfgewinnung, von dem
Hauptteil ihres H0O- und CO~-Gehaltes entfernt und das Gas beispielsweise
als Synthesegas und/oder nach der Methanisierung als synthetisches Naturgas verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man
den Energieinhalt der gereinigten abgezogenen Gase aus der zweiten zirkulierenden Wirbelschicht zur Erzeugung von Elektrizität
in einer thermischen Stromerzeugungsstation benutzt, gegebenenfalls nach Ausnutzung eines Teils des Wärmeinhaltes des Gases
für die thermische Zersetzung von CaCO-.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis
7, gekennzeichnet durch zwei vertikale, hitzebeständig ausgekleidete Ofenschächte (1, 2) mit Trenneinrichtungen (3, 4), die mit
ihnen verbunden sind, und Überführungsleitungen (5, 6) zur Überführung
fester Materialien von der Trenneinrichtung (3) des ersten Schachtes zu dem zweiten Schacht (2) und umgekehrt, eine
Austragsleitung (13) zur Entfernung eines Teilstromes fester Materialien
aus der Trenneinrichtung (3) des ersten Schachtes zu Einrichtungen für die Reinigung dieses Teilstromes von Aschen
(14, 16) und Schwefel (19, ;24) , eine Leitung (26) für die Rückführung der gereinigten Materialien zu dem ersten Schacht, gegebenenfalls
Zufuhrleitungen und Düsen zur Zufuhr kohlenstoffhaltiger
Materialien (7, 8),von Wasserdampf (34, 10, 11), von molekularem sauerstoffhaltigem Gas (36, 11, 12) und von CaO-haltigen
Materialien (9) zu den Schächten und Austragsleitungen
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für erhaltene verbrennbare stickstofffreie Gase (32, 39) und
für verbrennbare stickstoffhaltige Gase (31).
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